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[摘 要]本文对相变储能材料的特点和分类进行了介绍，提出了相变储能技术是降低能源消耗、减少环境污染的有效途径，并对其在建筑、工业余热回收、食品保鲜领域、农业等领域的应用进行了简短综述。指出在社会的进步和发展中，人们对节能问题更加重视，相变储能材料在未来的应用和发展中具有良好的应用前景。
[关键词]相变材料；储能；应用；发展；
中图分类号：TH38 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0228-01
0 前言
热能存储是能源科学技术中的重要分支。在能源转换和利用过程中，常常存在供求之间在时间上和空间上不匹配的矛盾。能源的节约与综合梯度利用，是我国经济社会可持续发展的重要保证，已经成为国家战略需求。目前，我国正处于工业化进程加速期，工业能源需求日益增加， 工业能耗已占到全国总能耗的70%左右，能源供需矛盾凸显[1]，并且占总能源消费60%以上[2]的煤炭消费，也造成了大范围、区域性的重度雾霾频发。能源的紧缺和低利用率问题，正在成为制约社会经济可持续发展的瓶颈[3]。由于储能技术可解决能量供求在时间上和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源利用率的有效手段。在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常重要的作用。
1相变储能材料简介
相变储热材料是将热量储存起来以方便应用的新材料，它是利用材料在物态变化过程中吸收或释放相变潜热的特性进行热能的存储和释放[4]。从而调节能量供给和需求在时间和空间上不相匹配的矛盾，在工业、建筑节能[5]、太阳能热利用[6]、纺织行业、新能源开发、电力系统[7]、航天、军事[8]广泛的应用前景，已成为国内外新能源利用技术和材料科学研究的热点。
2 相变材料的分类
相变储热材料按照材料组成可以分为有机、无机和金属相变材料三大类。有机相变材料包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类、聚烯醇类。其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，毒性小，成本低，性能较稳定，其缺点是导热系数小、密度小、相变时体积大等；无机相变材料主要包括以结晶水合盐类和熔融盐类。结晶水合盐类用得较多的是碱金属及其卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐水合物等。这类相变材料的优点是体积蓄能密度大、熔解热大、导热系数大、价格便宜等。金属及其合金类相变储热材料，具有储热密度大，体积变化小，过冷度低，稳定性好等优点。但此类材料从相变温度来说属于高温相变材料，其相变温度基本都在500℃以上，并要求盛装相变材料的容器材料耐高温腐蚀，使金属及其合金类相变储能材料的实际应用受到很大限制。
3 相变材料的应用
（1）在建筑领域的应用
相变储能材料应用在建筑物大致分为3类： 第一类将相变材料密封在容器中并应用于建材中研究较多，工艺成品应用于建材中，虽储能效果明显，但封装的容器在建材中逐个安装复杂， 工艺也繁多， 对建材的储能、放能有一定阻碍和滞后性；第二类相变材料封装在建材中，相变材料储能效果更好，但在封装过程中泄漏问题和材料阻燃性也是值得重点关注问题；第三类相变材料直接与建材混合，如砖、涂料、水泥砂浆、混凝土等，制作方便、应用广泛。
（2）在工业余热回收方面的应用
基本原理為：高温气体经过水合盐，后者发生分解，释放出水分（气态），同时吸收热量 ，高温气体失去部分热量温度降低，气态水分在冷凝器中变为液态 ， 完成所谓的加载阶段。水合盐处于一个密闭空间中，水分不会散失。液态水接着被较低温度的气体加热变为气态，气态水与上一阶段失水后的水合盐反应重新生成含水的水合盐，释放出大量的热，加热气体，完成卸载阶段。而中间过程则可称为储能阶段。此情况下一种典型的存储介质是 MgSO4·7H2O，其同体积的热能存储密度可达水的9倍。
（3）在食品保鲜领域的应用
果蔬等温度敏感食品的保鲜期短，在运输和贮存过程中，极易变质，造成腐烂，所以急需发展冷链运输以保证易腐食品的品质。而现有的冷链运输主要采用冷藏车，存在能耗较大、成本较高等问题。将PCM用于食品的保鲜，包括食品的预冷、食品的贮藏和运输等过程，能够起到保持食品品质、减少冷藏库的费用等作用，还可结合气调包装技术或真空包装技术应用于果蔬的贮运，更好地达到果蔬保鲜的效果。
（4）在农业方面的应用
相变材料应用于温室大棚可以起到更好的控温效果，减小昼夜温差，为植物提供一个相对稳定的生存环境。相变材料利用相变潜热的特性，白天吸收温室中多余的太阳能储存，夜晚温度降低到一定程度，再将储存的这部分热量释放出来，使白天温度不至于过高，晚上温度不会太低，保障的植物舒适的生存环境。
4 结语
相变储能材料的研究正成为世界范围内的研究热点 ，人们也在不断开发和研究各种性能不同的相变材料，以满足新形势、新局面下的不同领域的应用要求。利用相变储能技术来提高我国的能源利用率及改善环境，是我们从事材料与能源工作的科技人员的神圣职责，也是我们研究和应用相变储能技术的意义。
参考文献
[1]杜贤武， et al.，中低温相变储能技术研究与应用现状. 武钢技术， 2017. 55（4）： p. 57-62.
[2]赵浩博， 论我国能源结构战略性调整策略.财经界：学术版， 2016（14）： p. 367-368.
[3]孟令然，et al.，水合盐相变储能材料的研究进展.储能科学与技术， 2017. 6（4）： p. 623-632.
[4]盛强， 邢玉明， and 王泽， 成核剂对八水氢氧化钡相变材料过冷度的影响. 化工新型材料， 2015（2）.
[5]Zhou， D.， C.Y. Zhao， and Y. Tian， Review on thermal energy storage with phase change materials （PCMs） in building applications. Applied Energy， 2012. 92（4）： p. 593-605.
[6]张仁元， 相变材料与相变储能技术. 2009： 科学出版社. 468-468.
[7]Qureshi， W.A.， N.K.C. Nair， and M.M. Farid， Impact of energy storage in buildings on electricity demand side management. Energy Conversion & Management， 2011. 52（5）： p. 2110-2120.
[8]胡赓祥， 材料科学基础. 2010： 上海交通大学出版社.
作者简介：姓名：孙明杰 （1993.01--） 性别：女，山东省烟台市人，学历硕士研究生在读，专业：材料物理与化学.
[关键词]相变材料；储能；应用；发展；
中图分类号：TH38 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0228-01
0 前言
热能存储是能源科学技术中的重要分支。在能源转换和利用过程中，常常存在供求之间在时间上和空间上不匹配的矛盾。能源的节约与综合梯度利用，是我国经济社会可持续发展的重要保证，已经成为国家战略需求。目前，我国正处于工业化进程加速期，工业能源需求日益增加， 工业能耗已占到全国总能耗的70%左右，能源供需矛盾凸显[1]，并且占总能源消费60%以上[2]的煤炭消费，也造成了大范围、区域性的重度雾霾频发。能源的紧缺和低利用率问题，正在成为制约社会经济可持续发展的瓶颈[3]。由于储能技术可解决能量供求在时间上和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源利用率的有效手段。在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常重要的作用。
1相变储能材料简介
相变储热材料是将热量储存起来以方便应用的新材料，它是利用材料在物态变化过程中吸收或释放相变潜热的特性进行热能的存储和释放[4]。从而调节能量供给和需求在时间和空间上不相匹配的矛盾，在工业、建筑节能[5]、太阳能热利用[6]、纺织行业、新能源开发、电力系统[7]、航天、军事[8]广泛的应用前景，已成为国内外新能源利用技术和材料科学研究的热点。
2 相变材料的分类
相变储热材料按照材料组成可以分为有机、无机和金属相变材料三大类。有机相变材料包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类、聚烯醇类。其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，毒性小，成本低，性能较稳定，其缺点是导热系数小、密度小、相变时体积大等；无机相变材料主要包括以结晶水合盐类和熔融盐类。结晶水合盐类用得较多的是碱金属及其卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐水合物等。这类相变材料的优点是体积蓄能密度大、熔解热大、导热系数大、价格便宜等。金属及其合金类相变储热材料，具有储热密度大，体积变化小，过冷度低，稳定性好等优点。但此类材料从相变温度来说属于高温相变材料，其相变温度基本都在500℃以上，并要求盛装相变材料的容器材料耐高温腐蚀，使金属及其合金类相变储能材料的实际应用受到很大限制。
3 相变材料的应用
（1）在建筑领域的应用
相变储能材料应用在建筑物大致分为3类： 第一类将相变材料密封在容器中并应用于建材中研究较多，工艺成品应用于建材中，虽储能效果明显，但封装的容器在建材中逐个安装复杂， 工艺也繁多， 对建材的储能、放能有一定阻碍和滞后性；第二类相变材料封装在建材中，相变材料储能效果更好，但在封装过程中泄漏问题和材料阻燃性也是值得重点关注问题；第三类相变材料直接与建材混合，如砖、涂料、水泥砂浆、混凝土等，制作方便、应用广泛。
（2）在工业余热回收方面的应用
基本原理為：高温气体经过水合盐，后者发生分解，释放出水分（气态），同时吸收热量 ，高温气体失去部分热量温度降低，气态水分在冷凝器中变为液态 ， 完成所谓的加载阶段。水合盐处于一个密闭空间中，水分不会散失。液态水接着被较低温度的气体加热变为气态，气态水与上一阶段失水后的水合盐反应重新生成含水的水合盐，释放出大量的热，加热气体，完成卸载阶段。而中间过程则可称为储能阶段。此情况下一种典型的存储介质是 MgSO4·7H2O，其同体积的热能存储密度可达水的9倍。
（3）在食品保鲜领域的应用
果蔬等温度敏感食品的保鲜期短，在运输和贮存过程中，极易变质，造成腐烂，所以急需发展冷链运输以保证易腐食品的品质。而现有的冷链运输主要采用冷藏车，存在能耗较大、成本较高等问题。将PCM用于食品的保鲜，包括食品的预冷、食品的贮藏和运输等过程，能够起到保持食品品质、减少冷藏库的费用等作用，还可结合气调包装技术或真空包装技术应用于果蔬的贮运，更好地达到果蔬保鲜的效果。
（4）在农业方面的应用
相变材料应用于温室大棚可以起到更好的控温效果，减小昼夜温差，为植物提供一个相对稳定的生存环境。相变材料利用相变潜热的特性，白天吸收温室中多余的太阳能储存，夜晚温度降低到一定程度，再将储存的这部分热量释放出来，使白天温度不至于过高，晚上温度不会太低，保障的植物舒适的生存环境。
4 结语
相变储能材料的研究正成为世界范围内的研究热点 ，人们也在不断开发和研究各种性能不同的相变材料，以满足新形势、新局面下的不同领域的应用要求。利用相变储能技术来提高我国的能源利用率及改善环境，是我们从事材料与能源工作的科技人员的神圣职责，也是我们研究和应用相变储能技术的意义。
参考文献
[1]杜贤武， et al.，中低温相变储能技术研究与应用现状. 武钢技术， 2017. 55（4）： p. 57-62.
[2]赵浩博， 论我国能源结构战略性调整策略.财经界：学术版， 2016（14）： p. 367-368.
[3]孟令然，et al.，水合盐相变储能材料的研究进展.储能科学与技术， 2017. 6（4）： p. 623-632.
[4]盛强， 邢玉明， and 王泽， 成核剂对八水氢氧化钡相变材料过冷度的影响. 化工新型材料， 2015（2）.
[5]Zhou， D.， C.Y. Zhao， and Y. Tian， Review on thermal energy storage with phase change materials （PCMs） in building applications. Applied Energy， 2012. 92（4）： p. 593-605.
[6]张仁元， 相变材料与相变储能技术. 2009： 科学出版社. 468-468.
[7]Qureshi， W.A.， N.K.C. Nair， and M.M. Farid， Impact of energy storage in buildings on electricity demand side management. Energy Conversion & Management， 2011. 52（5）： p. 2110-2120.
[8]胡赓祥， 材料科学基础. 2010： 上海交通大学出版社.
作者简介：姓名：孙明杰 （1993.01--） 性别：女，山东省烟台市人，学历硕士研究生在读，专业：材料物理与化学.